淺談大型鍋爐結(jié)渣和飛灰磨損的危害及預(yù)防措施.doc

淺談大型鍋爐結(jié)渣與飛灰磨損的危害及預(yù)防措施南通天生港發(fā)電有限公司 王偉內(nèi)容提要：介紹鍋爐受熱面的結(jié)渣的諸因素與飛灰磨損的機(jī)理，分析鍋爐受熱面結(jié)渣對鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的危害，提出預(yù)防爐膛及其它受熱面結(jié)渣的措施。探討受熱面磨損的機(jī)理，分析影響磨損的因素，提出防磨損的途徑或方法。關(guān)鍵詞：鍋爐 結(jié)渣 飛灰磨損 危害 措施目前，火力發(fā)電廠鍋爐受熱面的結(jié)渣和飛灰磨損一直是威脅機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要因素，受熱面爆漏造成的主設(shè)備非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)占火力發(fā)電機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)總次數(shù)的4050%，有些機(jī)組這個(gè)比例數(shù)還要大。直接威脅到電廠的安全運(yùn)行，同時(shí)也給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了極大的困難。如何解決受熱面結(jié)渣和磨損已成為鍋爐檢修人員關(guān)注和研究的問題。因此我們必須弄清鍋爐結(jié)渣與飛灰磨損的形成機(jī)理從面有針對性地分析出實(shí)用的預(yù)防措施和方法?！惧仩t的結(jié)渣】一、鍋爐受熱面結(jié)渣對鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的危害固態(tài)排渣煤粉爐在燃燒過程中形成的熔融灰渣在凝固之前接觸到受熱面時(shí)，會(huì)粘結(jié)在上面，并積聚和發(fā)展成一層硬結(jié)的灰渣層，這種現(xiàn)象稱為結(jié)渣。其基本成因?yàn)椋菏軣崦娴慕Y(jié)渣發(fā)生于呈熔融狀態(tài)的灰粒與壁面的碰撞，從而被黏附在壁面上。因此產(chǎn)生結(jié)渣的條件首先是二者間的碰撞，其后灰粒呈熔融狀態(tài)具有黏附在壁面上的能力。爐內(nèi)具有一定的溫度分布，一般在煤粉爐火焰中心區(qū)域的煙溫很高，有相當(dāng)一部分灰粒呈熔融或半熔融狀態(tài)；在靠近爐壁區(qū)域則煙溫較低。爐內(nèi)的煤粉或顆粒會(huì)隨氣流而運(yùn)動(dòng)，或從氣流中分離出來，在這分離的過程中，顆粒的溫度會(huì)隨它從高溫區(qū)域到達(dá)壁面的運(yùn)動(dòng)速度、環(huán)境溫度條件而改變。如果存在足夠的冷卻條件，那些原屬熔融狀態(tài)的顆粒將重新固化，失去黏附能力，失去產(chǎn)生結(jié)渣的條件；反之產(chǎn)生結(jié)渣的程度即大，這就是受熱面產(chǎn)生結(jié)渣的基本成因。鍋爐受熱面結(jié)渣對鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的危害是相當(dāng)嚴(yán)重的，可以歸納為下述幾個(gè)方面：（1）、使?fàn)t內(nèi)傳熱變差，加劇結(jié)渣過程。水冷壁結(jié)渣后，由于灰渣層導(dǎo)熱系數(shù)極小，即熱阻很大，火焰輻射給受熱面的熱量不能及時(shí)傳給管內(nèi)工質(zhì)，而聚集在灰渣層，使灰渣層表面溫度急劇上升，高溫?zé)煔赓N近灰渣層表面時(shí)，不能充分冷卻，這就進(jìn)一步加劇了結(jié)渣過程，產(chǎn)生了惡性循環(huán)。同時(shí)，水冷壁結(jié)渣嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)使蒸發(fā)量減少。（2）、爐膛內(nèi)結(jié)渣時(shí)，爐膛出口煙溫將升高，引起蒸汽溫度偏高或熱偏差增大，這時(shí)為維持汽溫，運(yùn)行中要限制鍋爐負(fù)荷。部分水冷壁結(jié)渣會(huì)對自然循環(huán)鍋爐和控制循環(huán)鍋爐水冷壁熱偏差帶來不利影響。（3）、水冷壁結(jié)渣較多時(shí)，多數(shù)并發(fā)高溫腐蝕。發(fā)生高溫腐蝕的最重要的內(nèi)在原因是燃料中的含硫量；而外部原因是由于水冷壁處于高溫?zé)煔獾沫h(huán)境中，壁面溫度又很高，當(dāng)火焰貼近爐墻時(shí)，壁面鄰近的區(qū)域中形成還原性氣氛，使灰的熔點(diǎn)溫度降低，加劇結(jié)渣過程。并使管子表面產(chǎn)生高溫腐蝕，腐蝕嚴(yán)重的現(xiàn)象通常出現(xiàn)在燃燒器區(qū)域。（4）、使鍋爐效率降低。受熱面結(jié)渣后，各段受熱面出口煙溫相應(yīng)提高，使排煙損失增大。當(dāng)爐膛出口處的受熱面結(jié)渣時(shí)將致使鍋爐不能滿負(fù)荷運(yùn)行，甚至被迫停爐。（5）、結(jié)渣可能堵塞部分煙道，增加煙道阻力和風(fēng)機(jī)電耗；結(jié)渣嚴(yán)重時(shí)，大塊渣落下，可能砸壞爐底水冷壁，造成惡性事故。所以鍋爐受熱面的結(jié)渣不僅增加運(yùn)行和檢修的工作量，而且影響鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。嚴(yán)重時(shí)將被迫使鍋爐減負(fù)荷，甚至被迫停爐。二、影響受熱面結(jié)渣的基本因素1、爐內(nèi)的空氣動(dòng)力場，煤粉或灰的粒度和重度，這影響到煙氣和灰粒在爐內(nèi)的流動(dòng)。2、灰粒從煙氣中分離出來與壁面的碰撞，既與煤粉細(xì)度，也與煤灰的選擇性沉積相關(guān)的；3、由煤的燃燒特性、鍋爐負(fù)荷及爐內(nèi)空氣動(dòng)力場所構(gòu)成的爐內(nèi)溫度場以及煤灰的熔融特性，這影響到與壁面碰撞的灰粒是否呈熔融狀態(tài)具有黏結(jié)的能力，這也與受熱面的熱負(fù)荷，受熱面的清潔程度相聯(lián)系的。爐內(nèi)氣流的貼壁沖墻既影響到燃燒過程，也促進(jìn)顆粒與壁面間的碰撞；氣流速度與流向的突變，促進(jìn)顆粒從氣流中分離出去，增加與壁面的碰撞的機(jī)會(huì)。在相同的流動(dòng)狀態(tài)下，氣流中愈粗、愈重的顆粒，愈容易分離出去，碰撞壁面的機(jī)率也多。因此在煤粉爐中都需要進(jìn)行空氣動(dòng)力場試驗(yàn)，通過調(diào)節(jié)各噴嘴出口的風(fēng)速、風(fēng)量來保證氣流不致貼壁沖墻；在近壁面區(qū)域的速度梯度是小的，也限制煤粉中的粗粒。由爐內(nèi)空氣動(dòng)力場和煤粉的燃燒特性，決定了煤粉在爐內(nèi)的釋放熱量分布；由空氣動(dòng)力場和受熱面的吸熱能力，決定了受熱面的吸熱分布，從而決定了爐內(nèi)的溫度場。如果由此而造成的溫度場使火焰中心與爐壁之間有一定的距離，近爐壁處是一個(gè)溫度較低的區(qū)域，那么從高溫區(qū)域分離出來的灰粒就具有被冷卻成固體的較大機(jī)會(huì)，產(chǎn)生結(jié)渣的可能性就小。當(dāng)然這還與分離顆粒能在這一區(qū)域經(jīng)歷的時(shí)間，也就是運(yùn)動(dòng)速度相關(guān)，與煤灰的熔融特性相關(guān)，與灰的粒度相關(guān)。較大的顆粒其熱容量大，還熱系數(shù)也小，不易冷卻固化。鍋爐熱負(fù)荷增大，爐內(nèi)釋放熱量增大，在相同的爐內(nèi)受熱面條件下爐內(nèi)總體的溫度水平提高，與此同時(shí)，受熱面的凈熱流密度（單位受熱面熱負(fù)荷）增大，壁面溫度隨之增加，近壁面區(qū)域的溫度，既因爐內(nèi)整體的溫度水平也因壁面溫度而增加，對接近灰粒的冷卻能力隨之減弱，容易導(dǎo)致受熱面的結(jié)渣。受熱面的清潔程度降低將使壁面溫度增高，其情況也相類似。由此可以看出結(jié)渣的影響因素是復(fù)雜的，煤灰的熔融特性是主要的，但不是唯一的影響因素。鍋爐結(jié)渣是多種因素綜合影響的結(jié)果，不過總是有幾個(gè)關(guān)鍵因素起先導(dǎo)作用。比較重要的因素是煤灰的熔融特性、水冷壁的冷卻能力及火焰貼墻等。三、 防止結(jié)渣的措施和方法。針對結(jié)渣的因素預(yù)防結(jié)渣主要從不使?fàn)t溫過高，火焰不沖墻和防止灰熔點(diǎn)降低著手。（1）、防止受熱面壁面溫度過高。保持四角風(fēng)粉量的均衡，使四角射流的動(dòng)量盡量均衡，盡量減少射流的偏斜程度。注意燃燒調(diào)整保持火焰中心盡量接近爐膛中心，切圓直徑要合適，以防止氣流沖刷爐壁而產(chǎn)生結(jié)渣現(xiàn)象。（2）、防止?fàn)t內(nèi)生成過多的還原性氣體。首先要保持合適的爐內(nèi)空氣動(dòng)力工況，四角的風(fēng)粉比要均衡，否則有的一次風(fēng)口由煤粉濃度過高而缺風(fēng)，出現(xiàn)還原性氣氛。爐膛過量空氣系數(shù)不能太小，以防止水冷壁等受熱面附近出現(xiàn)還原性氣氛，防止結(jié)渣。在這種氣氛中，還原性氣體使灰中Fe2O3還原成FeO，使灰熔點(diǎn)降低。而FeO與SIO2等形成共晶體，其熔點(diǎn)遠(yuǎn)比Fe2O3低的多，有時(shí)會(huì)使灰熔點(diǎn)降低150-200度，將會(huì)引起嚴(yán)重結(jié)渣。（3）、做好燃料管理工作，保持合適的煤粉細(xì)度，進(jìn)行全面的燃料特性分析，特別是灰分分析及灰熔點(diǎn)和結(jié)渣特性分析。盡可能固定燃料品種，清除石塊，可將少結(jié)渣的可能性。保持合適的煤粉細(xì)度，不使煤粉過粗，以免火焰中心位置過高而導(dǎo)致爐膛出口受熱面結(jié)渣，或者防止因煤粉落入冷灰斗而形成結(jié)渣等。（4）、加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)視，及時(shí)吹灰除渣。要求運(yùn)行人員精力集中，密切注意爐內(nèi)燃燒工況，特別爐內(nèi)結(jié)渣嚴(yán)重時(shí)，更應(yīng)到現(xiàn)場監(jiān)察結(jié)渣狀況。如發(fā)現(xiàn)過熱汽溫偏高、排煙溫度升高、燃燒室負(fù)壓減小等現(xiàn)象，就要注意燃燒室及爐膛出口是否結(jié)渣。利用吹灰程控裝置進(jìn)行定期吹灰，以防止結(jié)渣狀況加劇。（5）、做好設(shè)備的檢修工作。檢修時(shí)應(yīng)根據(jù)運(yùn)行中的結(jié)渣情況，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整燃燒器。檢查燃燒器有無變形燒壞情況，及時(shí)校正修復(fù)。檢修時(shí)應(yīng)徹底清楚結(jié)存灰渣，而且應(yīng)做堵塞漏風(fēng)工作。（5）、采用不同煤種摻燒。采用不同灰渣特性的煤摻燒的辦法對防止或減輕結(jié)渣有一定好處。對結(jié)渣性較強(qiáng)的煤種，在鍋爐內(nèi)產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)渣時(shí)，經(jīng)摻燒高熔點(diǎn)結(jié)晶渣型的煤，結(jié)渣會(huì)得到有效控制。不過，在采用不同煤種摻燒時(shí)，應(yīng)知曉摻配前后灰渣的特性及選擇合適的摻配煤種或添加劑?！疚膊渴軣崦婺p的分析】一、 飛灰磨損的機(jī)理攜帶有灰粒和未完全燃燒燃料顆粒的高速煙氣，通過受熱面時(shí)，粒子對受熱面的每次撞擊都會(huì)剝離掉極微小的金屬屑，從而逐漸使受熱面管壁變薄，這就是飛灰對受熱面的磨損。顆粒對受熱面的撞擊，可分為垂直方向（法線方向）分力和切向方向（切線方向）分力。垂直方向撞擊，可使管壁表面產(chǎn)生微小的塑性變形或顯微裂紋，稱為撞擊磨損。切向撞擊則引起顆粒對管壁表面產(chǎn)生微小的切削作用，造成摩擦磨損。大量灰粒長期反復(fù)撞擊，產(chǎn)生上述兩類磨損的綜合結(jié)果，使得沖擊角度在30度50度范圍內(nèi)的金屬管壁磨損最為嚴(yán)重。二、影響磨損的主要因素： (1)、煙氣的流動(dòng)速度鍋爐煙道中受熱面管壁的磨損程度，與飛灰顆粒的動(dòng)能和飛灰撞擊的頻率成正比。而灰粒的動(dòng)能與灰粒速度成平方關(guān)系，撞擊頻率與灰粒速度的1次方成正比。因此，管壁的磨損量與飛灰顆粒沖擊速度成3次方關(guān)系。在實(shí)際運(yùn)行中，由于灰粒與煙氣之間有較大的滑移速度，又難以求得灰粒的實(shí)際沖擊速度，在實(shí)踐中，常用煙氣流動(dòng)速度代替灰粒沖擊速度。顯然，煙氣流動(dòng)速度越高，磨損越重。為降低磨損，降低煙速是有利的，但煙速降低，會(huì)引起積灰，而且煙速降低，使對流傳熱效果變差，會(huì)多消耗鋼材。因此煙速的確定，要綜合考慮磨損、積灰和傳熱方面的因素。（2）、灰粒的特性灰粒的形狀對磨損程度有較大的影響。有銳利棱角的灰粒比呈圓形的灰粒磨損較為嚴(yán)重。而灰的顆粒直徑越大，磨損也越重?；业念w粒密度越大，磨損也越嚴(yán)重。當(dāng)灰粒中SiO2含量增加時(shí)，磨損也加重。（3）、飛灰濃度煙氣中的飛灰濃度增加，單位時(shí)間內(nèi)灰粒撞擊管壁的頻率增加，磨損加重。因此，燃用多灰燃料時(shí)，磨損嚴(yán)重；煙氣走廊等局部地方的煙氣濃度也較高，磨損也嚴(yán)重。鍋爐中煙氣由水平煙道轉(zhuǎn)向豎井尾部煙道時(shí)，煙道外側(cè)后墻處的飛灰濃度大，因而該處管子磨損嚴(yán)重。煙氣在轉(zhuǎn)向室中轉(zhuǎn)彎，造成靠后墻側(cè)煙氣流速大，飛灰濃度大，局部磨損嚴(yán)重。（4）、管束排列方式與沖刷方式當(dāng)煙氣橫向沖刷管束時(shí)，對于錯(cuò)列布置的管束，第二排的磨損量比第一排的要大兩倍左右。這是因?yàn)榈诙诺拿扛茏诱龑Φ谝慌殴艿膬晒苤g，煙氣進(jìn)入管束后，流通截面變小，而煙氣流速加大，使磨損加重。以后各排的磨損量也均大于第一排，但小于第二排。對于順列布置的管束，第一排磨損較為嚴(yán)重，而后面各排受第一排遮擋磨損相對較輕?；伊鼙趫A周各處沖擊磨損是不同的，對于順列或錯(cuò)列布置的第一排管，最大磨損位置在迎風(fēng)面兩側(cè)圓心角=4560之間。對錯(cuò)列布置的第二排管，最大磨損位置在=3045之間。當(dāng)氣流縱向沖刷管束時(shí)，磨損情況則較輕，一般只在進(jìn)口處150200mm處磨損較為嚴(yán)重，因?yàn)榇颂帤饬鞑环€(wěn)定，氣流經(jīng)過收縮和膨脹，灰粒多次撞擊受熱面，以后氣流穩(wěn)定了，磨損就較輕。（5）、氣流運(yùn)動(dòng)方向。當(dāng)煙氣流自上而下流動(dòng)時(shí)，灰粒在重力作用下，其速度可能大于煙氣速度，從而加重了沖擊磨損的程度。而當(dāng)煙氣自下而上流動(dòng)時(shí)，在重力作用下，灰粒速度降低，對管壁磨損將會(huì)減輕。（6）、管壁材料和壁溫。管壁材料的硬度Hb和灰粒硬度Hh的比值與管壁的磨損量有關(guān)。當(dāng) Hb/Hh=（0.50.8）時(shí)，稱為軟磨料磨損，采用硬度較高管材可減小磨損。運(yùn)行中，管壁溫度的高低也會(huì)影響磨損程度。因?yàn)楣鼙诒砻娲嬖谥粚友趸ぃ溆捕瘸^管壁金屬，當(dāng)管壁溫度升高時(shí)，氧化膜硬度增大，使磨損減輕。但壁溫過高會(huì)使氧化膜膨脹而與金屬分離，使磨損量有所增加。這主要是金屬與氧化膜膨脹系數(shù)不同所至。（7）、煙氣成分。在煙氣溫度低于250度時(shí)，煙氣中的腐蝕性氣體SO2、O2、H2O、H2S等將對管壁產(chǎn)生腐蝕作用。當(dāng)金屬溫度在300度以上時(shí)，煙氣中的O2、SO2與壁面的氧化鐵作用生成SO3，產(chǎn)生硫酸鹽型腐蝕。當(dāng)腐蝕層被灰粒沖掉時(shí)，暴露的金屬再次發(fā)生腐蝕，形成腐蝕與磨損交替循環(huán)，使總磨損速度加快幾倍。（8）、煙氣走廊。在布置對流受熱面時(shí)，考慮到管束受熱膨脹等問題，省煤器蛇行管彎頭與爐墻之間留有幾十毫米的間隙。此間隙處流動(dòng)阻力小，煙氣流速大于此煙道端面上平均煙氣流速，稱此間隙為煙氣走廊。運(yùn)行實(shí)踐表明，不僅在煙氣走廊進(jìn)口處煙氣流速大于煙道截面上的平均流速，在煙氣走廊內(nèi)，煙氣流速也在不斷增加。這是因?yàn)闊煔庾呃葍?nèi)煙氣流量不斷增加的結(jié)果。煙氣流量的增加，一部分來自走廊進(jìn)口處煙氣的橫向流動(dòng)，另一部分來自管束間煙氣的橫向流動(dòng)。煙氣的橫向流動(dòng)，均因?yàn)橛泄苁孛嫔献枇ο禂?shù)大于走廊處的阻力系數(shù)，使煙氣向阻力小的走廊處流動(dòng)，使煙氣走廊內(nèi)煙氣流量和流速不斷增加，使管束彎頭處磨損加劇。（9）、運(yùn)行中的因素。當(dāng)鍋爐負(fù)荷增加時(shí)，燃料消耗量和供應(yīng)的空氣量增加、煙氣量和煙氣流速增加，飛灰濃度增加也會(huì)引起磨損加劇。當(dāng)煙道漏風(fēng)量增加時(shí)，也會(huì)使煙氣量和煙氣流速增加，造成磨損加重。運(yùn)行實(shí)踐表明，當(dāng)省煤器處漏風(fēng)系數(shù)增加0.1時(shí)，則會(huì)使金屬磨損量約增加25%。當(dāng)運(yùn)行過程中改用含灰量較多的煤種時(shí)，由于飛灰濃度增加，也會(huì)引起磨損加劇。三、減輕和防止磨損的措施。根據(jù)以上對飛灰磨損規(guī)律的分析，可以從選用合理的煙氣流速、降低飛灰濃度，采取合理的受熱面結(jié)構(gòu)和布置著手，防止出現(xiàn)局部的煙氣速度增高和局部的飛灰濃縮集中。受熱面的磨損總是帶有局部性，可采用如下措施。（1）、降低煙氣的速度和飛灰的濃度。大量的實(shí)驗(yàn)和研究表明，磨損量與煙氣流速的3次方成正比，煙速增加一倍，磨損量約增加10倍。根據(jù)國內(nèi)的調(diào)查表明，省煤器中煙速最大不宜超過9m/s，否則會(huì)引起較大的磨損。（2）、防止在受熱面煙道內(nèi)產(chǎn)生局部煙速過大和飛灰濃度過大。因此，不容許煙道內(nèi)出現(xiàn)煙氣走廊。例如，在進(jìn)入省煤器煙道前加裝折流板，即在省煤器蛇行管彎頭和爐墻之間加裝折流板，可以均勻省煤器煙道內(nèi)各處的煙氣流速，防止煙氣走廊的出現(xiàn)。（3）、在省煤器彎頭易磨損部位加裝防磨保護(hù)裝置。此時(shí)受磨損的不是受熱面管子，而是保護(hù)部件，檢修時(shí)只需更換這些部件即可。(2)、采用防磨裝置。在尾部煙道中受熱面磨損最嚴(yán)重部位加裝防磨裝置，是重要的防磨措施之一。如在第一排和第二排管的迎風(fēng)面裝設(shè)防磨護(hù)瓦，在煙氣走廊處受熱面加裝防磨護(hù)簾，在煙氣走廊進(jìn)口處加裝塑形管和護(hù)瓦來減輕磨損。（3）、設(shè)計(jì)和運(yùn)行中的措施。在型布置的鍋爐中，由于煙氣在轉(zhuǎn)向室中轉(zhuǎn)彎，造成靠后墻側(cè)煙氣流速大，飛灰濃度大，局部磨損嚴(yán)重。在轉(zhuǎn)彎處加裝導(dǎo)向板裝置，可使煙氣流速和飛灰濃度均勻；減輕局部磨損。在煙氣走廊進(jìn)口處加裝塑形管和護(hù)瓦，可使進(jìn)口煙氣阻力均衡，護(hù)瓦則可防止管束間煙氣橫向流動(dòng)。兩者組合，可更好的降低煙氣走廊中的煙氣流速和磨損。在運(yùn)行中，鍋爐采用較低的過量空氣系數(shù)，盡量減少各受熱面的漏風(fēng)量，使煙氣流速降低，可以減輕磨損。同時(shí)嚴(yán)格控制煤粉細(xì)度，減小灰粒直徑，可降低灰粒沖擊磨損力。（4）、采用新型受熱面。采用膜式省煤器和螺旋肋片式省煤器，可以擴(kuò)展傳熱表面積，在煙道截面不變的條件下，省煤器占用空間小，可采用較大的橫向節(jié)距，使煙氣流通截面增大、煙氣流速下降，從而較大程度地減輕磨損?！颈緩S在鍋爐結(jié)渣和飛灰磨損方面的情況及改進(jìn)措施】我廠在鍋爐結(jié)渣和飛灰灰磨損方面做了大量細(xì)致的工作，但新安裝的330MW機(jī)組的鍋爐也存在一些問題，有爐膛結(jié)焦的現(xiàn)象；#10爐在低溫再熱器處接連發(fā)生爆管，而且每次都基本在同一位置，造成停爐事故。 針對鍋爐結(jié)焦的現(xiàn)象，我認(rèn)為運(yùn)行人員要加強(qiáng)監(jiān)視，嚴(yán)禁超出力運(yùn)行；運(yùn)行人員應(yīng)充分掌握了解